[发明专利]一种基于矢量水听器的声学超材料声学性能测量方法

权利要求书

1.一种基于矢量水听器的声学超材料声学性能测量方法，其特征在于，包括：

根据矢量水听器的指向性图谱，确认所述矢量水听器的指向性并确定所述矢量水听器的布放位置；

测量计算未放置声学超材料工况下，各测量位置的矢量声强；

测量计算放置声学超材料工况下，各测量位置的矢量声强；

计算得到声学超材料各测量位置处声强反射系数和声强透射系数，及整块试样的平均声强反射系数和平均声强透射系数；

计算得到声学超材料各测量位置处声压反射系数和声压透射系数，整块试样的平均声压反射系数和平均声压透射系数；

确认所述矢量水听器指向性图谱，确认所述矢量水听器的指向性并确定所述矢量水听器的布放位置包括：

确认所述矢量水听器的成阵形式和布放位置，包括位于声学超材料和发射换能器之间的，用于测量反射系数的矢量阵，其位置记为r_m,m＝1，2，…,M，以及位于声学超材料与发射换能器外侧的，用于测量透射系数的矢量阵，其位置记为r_n,n＝1,2,…,N，M,N分别表示测量反射系数的矢量阵元数和测量透射系数的矢量阵元数；

确认每个所述矢量水听器阵元的指向性，并使其组合指向性图的主瓣方向垂直于所述声学超材料表面，且指向发射换能器方位；

测量计算未放置声学超材料工况下，各测量位置的矢量声强，包括：

在未放置声学超材料工况下，根据矢量水听器的组合指向性特点，结合各测量位置处所述矢量水听器声压通道采集到的声压信号和各矢量通道采集到的质点振速信号，组合得到所述测量位置的组合声压信号和组合质点振速信号，并计算得到所述测量位置处的声强，未放置声学超材料工况下，所述反射系数测量位置处的组合振速信号由式(1)计算得到：

所述矢量水听器的组合指向性由式(2)得到：

式中，ψ为引导方位，为未放置声学超材料时第r_m点位置处的声压通道采集得到的声压信号，且有θ为信号到达的水平方位角，信号法向入射时，和分别表示未放置声学超材料时x方向和y方向第m点位置处的矢量通道采集得到的质点振速信号，且有其中表示介质的特性阻抗，Φ_m(θ,ψ)为声压和质点振速的组合指向性函数，即为无模糊的心形指向性；i、m均为正整数；

未放置声学超材料工况下，所述反射系数测量位置处的组合声压由式(3)得到：

所述反射系数测量位置处声强由式(4)计算得到：

式中，为第r_m点位置处的组合声压信号的频域表示，为第r_m点位置处的组合振速信号的频域上表示，“*”表示共轭算子,ω表示测量对应的角频率，实部为有功声强，虚部为无功声强，忽略所述无功声强；

同理，根据式(1)-(4)计算得到所述透射系数测量位置处的组合质点振速组合声压和有功声强

测量计算放置声学超材料工况下，各测量位置的矢量声强，包括：

在放置声学超材料工况下，根据各测量位置处所述矢量水听器声压通道采集到的声压信号和各矢量通道采集到的质点振速信号，组合得到所述测量位置的组合声压信号和组合质点振速信号，并计算得到所述测量位置处的声强，放置声学超材料工况下所述反射系数测量位置处声压通道采集到的声压信号为各矢量通道采集到的质点振速信号为和则放置声学超材料后，各反射系数测量点位置处的各通道接收到的反射信号表示为：

式中，为放置声学超材料工况下的组合振速，表示为：

所述反射系数测量位置处声强由式(8)计算得到：

式中，为第r_m点位置处的组合声压信号的频域表示，为第r_m点位置处的组合振速信号的频域上表示，实部为有功声强，虚部为无功声强，忽略所述无功声强；

放置声学超材料工况下所述透射系数测量位置处声压通道采集到的声压信号为各矢量通道采集到的质点振速信号为和同理，根据式(6)-(8)计算得到组合振速组合声压和有功声强

计算得到声学超材料各测量位置处声强反射系数和声强透射系数，及整块试样的平均声强反射系数和平均声强透射系数，包括：

将放置声学超材料后各反射系数测量位置处计算得到的有功声强除以未放置声学超材料时各反射系数测量位置处计算得到的有功声强得到个测量点位置处的声强反射系数为：

将放置声学超材料后各透射系数测量位置处计算得到的有功声强除以未放置声学超材料时各反射系数测量位置处计算得到的有功声强得到各测量点位置处的声强透射系数为：

平均声强反射系数为：

平均声强透射系数为：

计算得到声学超材料各测量位置处声压反射系数和声压透射系数，整块试样的平均声压反射系数和平均声压透射系数，包括：

根据声强与声压的关系，在测量计算得到声强反射系数和声强透射系数之后，各测量点处声学超材料的声压反射系数表示为：

声压透射系数表示为：

平均声压反射系数表示为：

平均声压透射系数表示为：